How do ants self-medicate?

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202101261355
Title: How do ants self-medicate?
Author: Rissanen, Jason
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202101261355
http://hdl.handle.net/10138/325249
Thesis level: master's thesis
Degree program: Ekologian ja evoluutiobiologian maisteriohjelma
Master's Programme in Ecology and Evolutionary Biology
Magisterprogrammet i ekologi och evolutionsbiologi
Abstract: Ants are among the most successful organisms in the world. They can be found almost anywhere on the planet and due to their high degree of sociality and complex societies they have become some of the most abundant creatures in most terrestrial ecosystems. Although sociality has benefits in the form of more efficient foraging, brood care, reproduction and protection from predators, it has costs too. Ants live in high densities in their nests and have frequent contact between them which can facilitate an efficient transmission of pathogens within the nest. Ants have become highly successful in spite of their potentially high susceptibility to pathogens. They share the same innate immune responses of other arthropods and have unique adaptations for coping with pathogens. In extension to physiological strategies for coping with pathogens, ants engage in behavioural strategies as well. Ants and other eusocial insects can also harness the structure and behaviour of the colony to prevent and cope with pathogen infections through social immunity. Ants can also engage in self-medication behaviour to combat disease. Self-medication is a behavioural strategy where individuals respond to pathogen infections by seeking out and using biologically active compounds to alleviate the effects of pathogens in a way that would be detrimental for uninfected individuals. The behaviour can be either therapeutic of prophylactic depending on when the compounds are used in relation to encountering the pathogen, and it can be extended beyond the self to other kin. While ants have been proven to medicate themselves with reactive oxygen species (ROS) in laboratory conditions, it remains unknown how they do it in the wild. In my thesis, I studied how the ant Lasius platythorax self-medicate in a natural setting by developing a multi-trophic system of ant – pathogen – aphid – plant interactions. In this system, the ants infected with a fungal pathogen (Beauveria bassiana) had the opportunity to forage on the nectar produced by the extrafloral nectaries (EFNs) of a broad bean plant (Vicia faba) infested by vetch aphids (Megoura viciae). Plants that are stressed by aphids react with a systemic production of ROS, which ants are known to use for self-medication, and ROS could therefore be present in the EFN nectar as well, along with other potentially medicinal compounds. The aphids themselves could present the ants with both ROS, if it accumulates in the aphids due to the immune responses of the plant, and protein if eaten. In my thesis I found out that infected ants increase their foraging on EFN nectar during the first three days after infection compared to healthy ants. This immediate response to a pathogen infection shown by the infected ants fits in a self-medication context as well as the infection cycle of the pathogen, making this a strong case for self-medication. The change in foraging by the infected ants did not reflect on the changes in ROS content in the ants, possibly due to a lack of ROS in the nectar, but instead were likely to be caused by self-generation of ROS in the infected ants. The aphids feeding on the plant contained a higher ROS content compared to the ants, but I found no evidence of ants preying on the aphids, possibly due to the M. viciae being unpalatable for the ants or the ants finding medicinal compounds in the EFN nectar. The result of my thesis is a first step in to identifying natural ways for ants to obtain and use medicinal compounds from their environments and opens up new avenues of research in the topic of self-medication. The result also highlights the importance of biodiversity for the conservation efforts for ants and other insects. Insects are facing a drastic decline in both abundance and diversity due to human impact on their environments, including the prevalence in pathogens. By understanding the full extent of the immune strategies that insects use, including self-medication, we can develop more efficient methods of conservation to help them.Myror hör till de mest framgångsrika organismerna i världen. Deras höga grad av socialitet och komplexa samhällen har hjälpt dem att sprida sig till de flesta terrestriska ekosystemen runt världen. Fastän socialitet har sina positiva sidor, det kan leda till mer effektiv furagering, reproduktion, yngelvård och försvar från predation, så har det sina negativa sidor också. Myror lever i kompakta kolonier och har konstanta interaktioner mellan individer, som kan underlätta spridningen av patogener i kolonin. Myror har blivit framgångsrika trots deras potentiellt höga risk för sjukdomstransmission. Myror delar samma immunresponser med andra leddjur och har unika adaptationer i kampen mot patogener. Förutom fysiologiska strategier i kampen mot patogener, så använder sig myror av olika strategier av beteende också. Myror och andra eusociala insekter kan använda sig av kolonins struktur och beteende för att förhindra sjukdomar från att sprida sig i kolonin genom social immunitet. Myror kan också använda sig av självmedicinering mot hotet av sjukdomar. Självmedicinering är ett beteende i vilket individer söker och använder sig av biologiskt aktiva föreningar i respons av en infektion för att bota sig mot symptomen på ett sätt som vore skadligt för friska individer. Självmedicinering kan vara antingen terapeutisk eller profylaktisk beroende på när medicineringen sker i relation till när individen har utsatts till patogenen. Självmedicinering kan också riktas till andra släktingar av individer. Myror har tidigare bevisats kunna medicinera sig mot en svampsjukdom med hjälp av reaktiva syreradikaler (RS) i laboratorium omständigheter, men det är ännu oklart hur de skulle göra det i naturen. I min Pro gradu -avhandling studerade jag hur Lasius platythorax myror självmedicinerar i naturliga omständigheter genom att utveckla ett multitrofiskt system var myror, patogener, bladlöss och växter har interaktioner med varandra. I mitt system hade myror som var infekterade med en patogen (Beauveria bassiana) en möjlighet att söka föda från extraflorala nektarier (EFN) på bondbönor (Vicia faba) som var infesterade med bladlöss (Megoura viciae). Växter som är under stress av bladlöss reagerar med en systemisk respons av RS produktion, vilka myror kan använda sig av i självmedicinering. För att RS produktionen är systemisk, så är det möjligt att EFN nektarn också innehåller RS samt andra föreningar med medicinsk potential. Bladlössen kan också fungera som en källa för RS ifall det ackumulerar i bladlössen som en följd av växternas immunrespons, samt som en källa för protein som behövs för att upprätthålla myrornas immunförsvar. Resultaten från mitt projekt visar, att infekterade myror furagerar mera EFN nektar under de tre första dagarna efter att blivit insjuknade jämfört med friska myror. Denna klara respons till infektionen och infektionscykeln av B. bassiana tyder på aktiv självmedicinerings beteende. Furageringen av EFN nektar reflekterade inte RS nivåerna i myrorna, vilket kan bero på att EFN nektarn inte innehåller RS, men istället var ökningen av RS i infekterade myror på grund av självproduktion. Bladlössen innehåll en klart högre nivå av RS, men jag hittade inga bevis på att myrorna skulle ha ätit bladlöss under experimentet, möjligtvis på grund av att M. viciae är oätbar för myror eller för att myrorna hittade vad de behövde för självmedicinering från EFN nektarn. Resultaten i min Pro gradu -avhandling är ett första steg för att identifiera naturliga sätt hur myror hittar och använder sig av biologiskt aktiva föreningar från deras omgivning för självmedicinering. Detta resultat lyfter fram hur viktig biodiversiteten är för skyddsåtgärder för myror och andra insekter. Insekternas mängd och diversitet har sjunkit drastiskt under de senaste åren på grund av människans påverkan på deras omgivning, inklusive på prevalensen av patogener. Genom att förstå hur insekter använder sig av immunstrategier som självmedicinering, kan vi utveckla bättre sätt för att skydda dem.
Subject: Lasius platythorax
Beauveria bassiana
self-medication
ants
multi-trophic interactions
insect immunity
behaviour


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Rissanen_Jason_masters_thesis_2020.pdf 1.296Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record